(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、当該排気通路を流通する排気の空燃比を排気空燃比として、当該排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のＮＯｘを吸着もしくは吸蔵し、前記排気空燃比をリッチにしたときに、前記吸着もしくは吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質して水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を製造し、この還元性気体を、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側から、当該排気通路内に供給する燃料改質器と、
前記排気空燃比をリッチ化するリッチ化手段と、
前記ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率を推定する浄化率推定手段と、を備え、
当該リッチ化手段は、
前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に供給しながら前記排気空燃比をリッチ化する第１リッチ化制御手段と、
前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に供給せずに前記排気空燃比をリッチ化する第２リッチ化制御手段と、を有し、所定の条件に応じて、前記排気空燃比を前記第１リッチ化制御手段によりリッチ化するか、前記第２リッチ化制御手段によりリッチ化するかを選択し、
前記リッチ化手段は、前記浄化率推定手段により推定されたＮＯｘ浄化率が所定の浄化率判定値より小さい場合には、前記第１リッチ化制御手段により前記排気空燃比をリッチ化することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気通路を流通する排気の流量を排気流量として、当該排気流量を推定又は検出する排気流量推定手段をさらに備え、
前記リッチ化手段は、前記排気流量推定手段により推定又は検出された排気流量が所定の流量判定値以上である場合には、前記第１リッチ化制御手段により前記排気空燃比をリッチ化することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を触媒温度として、当該触媒温度を推定又は検出する触媒温度推定手段と、
前記触媒温度推定手段により推定又は検出された触媒温度に基づいて、前記所定の流量判定値を決定する流量判定値決定手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記排気通路を流通する排気の流量を排気流量として、当該排気流量を推定又は検出する排気流量推定手段と、
前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を触媒温度として、当該触媒温度を推定又は検出する触媒温度推定手段と、
前記排気流量推定手段により推定又は検出された排気流量、あるいは、前記触媒温度推定手段により推定又は検出された触媒温度に基づいて、前記第１リッチ化制御手段及び前記第２リッチ化制御手段により前記排気空燃比をリッチ化する際における排気空燃比の目標値を決定する排気空燃比目標値決定手段と、をさらに備え、
前記第１リッチ化制御手段及び前記第２リッチ化制御手段は、それぞれ、前記排気空燃比が前記排気空燃比目標値決定手段により決定された目標値に一致するようにリッチ化することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記第１リッチ化制御手段は、前記燃料改質器から供給される還元性気体の供給量を調整することで、前記排気空燃比が前記排気空燃比目標値決定手段により決定された目標値に一致するようにリッチ化することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に設けられ、当該排気通路を流通する排気の空燃比を排気空燃比として、当該排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のＮＯｘを吸着もしくは吸蔵し、前記排気空燃比をリッチにしたときに、前記吸着もしくは吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質して水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を製造し、この還元性気体を、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側から、当該排気通路内に供給する燃料改質器と、
前記排気空燃比をリッチ化するリッチ化手段と、
前記排気通路を流通する排気の流量を排気流量として、当該排気流量を推定又は検出する排気流量推定手段と、を備え、
当該リッチ化手段は、
前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に供給しながら前記排気空燃比をリッチ化する第１リッチ化制御手段と、
前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に供給せずに前記排気空燃比をリッチ化する第２リッチ化制御手段と、を有し、所定の条件に応じて、前記排気空燃比を前記第１リッチ化制御手段によりリッチ化するか、前記第２リッチ化制御手段によりリッチ化するかを選択し、
前記リッチ化手段は、前記排気流量推定手段により推定又は検出された排気流量が所定の流量判定値以上である場合には、前記第１リッチ化制御手段により前記排気空燃比をリッチ化することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。詳しくは、排気中のＮＯｘを吸着又は吸蔵し、この吸着又は吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
また、本発明において、「リッチ」という用語は、問題とする燃料の空気／燃料比率（以下、「空燃比」という）が化学量論的な空燃比よりも小さいことを示し、「リーン」という用語は、問題とする燃料の空燃比が上述の化学量論的な空燃比よりも大きいことを示す。また、以下の説明では、エンジンへ流入する混合気における空気と燃料の重量比をエンジン空燃比といい、排気管内の空気と可燃性気体との重量比を排気空燃比という。
【背景技術】
【０００３】
従来より、排気に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）を浄化する技術が知られている。
例えば、特許文献１，２及び非特許文献１には、排気通路にＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、「ＬＮＴ」という）を設け、排気が酸素過剰となるリーン運転時に、排気を酸化触媒に通してＮＯｘをアルカリ金属又はアルカリ土類金属などと反応させて吸蔵し、排気の酸素濃度が低くなるリッチ運転時に、吸蔵したＮＯｘを還元する排気浄化装置が示されている。この排気浄化装置では、リーン運転とリッチ運転とを繰り返すことで、ＮＯｘの吸蔵とＮＯｘの還元とを周期的に行うことができる。
【０００４】
また、例えば非特許文献２には、排気が酸素過剰となるリーン運転時にＮＯｘを触媒上に吸着し、次にリーン運転を行い排気中の酸素濃度が低い状態を周期的につくるとともに、一酸化炭素を周期的に合成し供給することで、リーン運転時に吸着したＮＯｘを周期的に還元する方法が示されている。
【０００５】
より具体的には、この非特許文献２に示された方法では、先ず、排気が酸素過剰となるリーン運転時に、下記式（１）〜（３）により、排気中に存在する一酸化窒素及び二酸化窒素を触媒に吸着させる。
ＮＯ→ＮＯ（吸着）             （１）
２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２            （２）
ＮＯ２→ＮＯ２（吸着）            （３）
次に、リッチ運転を行うとともに、一酸化炭素を合成する。ここで合成された一酸化炭素は、酸素分圧が低い環境において、下記式（４）に示す水性ガスシフト反応により水素を生成する。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２          （４）
さらに、この水素が還元雰囲気において一酸化窒素と反応してアンモニアが生成され、下記式（５）により、このアンモニアが触媒に吸着される。
５Ｈ２＋２ＮＯ→２ＮＨ３（吸着）＋２Ｈ２Ｏ    （５）
以上のようにして、一酸化炭素により生成されたアンモニアを最終還元剤として、下記式（６）〜（８）により、排気中のＮＯｘ又は触媒に吸着したＮＯｘが還元される。
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ    （６）
２ＮＨ３＋ＮＯ２＋ＮＯ→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ    （７）
８ＮＨ３＋６ＮＯ２→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ      （８）
【０００６】
この他、例えば特許文献３，４には、排気通路にＬＮＴを設け、さらにこのＬＮＴの上流に、炭化水素燃料を改質して水素や一酸化炭素を含む還元性気体を製造する燃料改質器を設けた排気浄化システムが示されている。特にこの排気浄化システムでは、体積比で一酸化炭素よりも水素が大きくなる様な還元性気体を製造する燃料改質器が用いられる。このシステムによれば、ＬＮＴの上流側から水素を含む還元性気体を排気中に添加することで、排気中のＮＯｘを選択的に還元することが可能となる。
【０００７】
ここで、例えば炭化水素燃料から還元性気体を製造する方法としては、例えば、下記式（９）に示すように、酸化剤として酸素を用いた部分酸化反応が知られている。
ＣｎＨｍ＋１／２ｎＯ２→ｎＣＯ＋１／２ｍＨ２    （９）
この部分酸化反応は、燃料と酸素を用いた発熱反応であり、自発的に反応が進行する。このため、一旦、反応が始まると、外部から熱の供給をすることなく水素を製造し続けることができる。また、このような部分酸化反応において、燃料と酸素とを高温状態で共存させた場合には、下記式（１０）に示すような燃焼反応も進行する。
ＣｎＨｍ＋（ｎ＋１／４ｍ）Ｏ２→ｎＣＯ２＋１／２ｍＨ２Ｏ    （１０）
また、酸化剤として水蒸気を用いた、下記式（１１）に示す水蒸気改質反応が知られている。
ＣｎＨｍ＋ｎＨ２Ｏ→ｎＣＯ＋（ｎ＋１／２ｍ）Ｈ２  （１１）
この水蒸気改質反応は、燃料と水蒸気とを用いた吸熱反応であり、自発的に進行する反応ではない。このため、水蒸気改質反応は、上述の部分酸化反応に対して制御しやすいものとなっている。
【特許文献１】特許第２５８６７３８号公報
【特許文献２】特許第２６００４９２号公報
【特許文献３】特許第３６４２２７３号公報
【特許文献４】特開２００２−８９２４０号公報
【非特許文献１】「ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒システムの開発」自動車技術会論文集  Vol.26,  No.4,  October  1995
【非特許文献２】”A NOx  Reduction  System  Using  Ammonia  Storage-  Selective  Catalytic  Reduction  in  Rich  and  Lean  Poerations”，15  Aachener  Kolloquium  Fahrzeug-  und  Motorentechnik  2006  p．259−270
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、例えば上述の特許文献１，２及び非特許文献１，２に示されたもののように、エンジンのリーン運転とリッチ運転と繰り返す場合には、以下のような課題がある。
すなわち、リッチ運転を行い、排気空燃比をリッチにすると、ＬＮＴに吸蔵されたＮＯｘが脱離するものの、ＬＮＴのＮＯｘ吸蔵量が多い場合には、ＮＯｘが還元されずにＬＮＴの下流に流出してしまい、ＮＯｘ浄化性能が低下するおそれがある。
そこで、ＬＮＴにおけるＮＯｘ吸蔵量が多くならないように、リッチ運転を行う頻度を増やし頻繁にＮＯｘを還元することが考えられる。しかしながら、回転数やトルクなどのエンジンの運転状態によって、リッチ運転を行うことができる領域が限定されている。このため、エンジンの運転状態によらず頻繁にＮＯｘを還元することは困難である。
【０００９】
また、特許文献３，４の排気浄化システムは、上述の特許文献１，２に示されたものとは異なり、基本的には、リーン運転及びリッチ運転によらず酸素過剰の排気中に水素、一酸化炭素、及び炭化水素を添加するものである。
しかしながら、このように酸素過剰の排気中に水素、一酸化炭素などの還元剤を添加してＬＮＴを浄化する場合、ＮＯｘを浄化できるのは２００℃程度が限界である。例えば、ＬＮＴの温度が２００℃以上であると、添加した水素や一酸化炭素が燃焼してしまう。このため、このような温度では、添加剤の量が不足してしまい、ＮＯｘの還元反応が十分に進行しなくなってしまう。
【００１０】
また、特許文献３，４の排気浄化システムのように、排気量が常時変動する排気通路に燃料改質器を設けた場合において、この燃料改質器で効果的に水素を製造するためには、燃料改質器の改質触媒と排気とが接する反応時間を増やす必要がある。しかしながら、このように反応時間を増やすためには、改質触媒を大型化する必要があり、コストがかかるおそれがある。
また、燃料改質器を安定した状態で運転するには、この燃料改質器の改質触媒における反応温度を一定に保つ必要がある。しかしながら、上述の特許文献３，４の排気浄化システムのように、酸素量、水蒸気量、及び温度が常に変化する排気通路に燃料改質器を設けると、燃料改質器を安定した状態で運転することが困難になってしまう。
【００１１】
本発明は上述した点を考慮してなされたものであり、運転状態によらずＮＯｘ浄化性能を向上できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の排気通路（４，５）に設けられ、当該排気通路を流通する排気の空燃比を排気空燃比として、当該排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のＮＯｘを吸着もしくは吸蔵し、前記排気空燃比をリッチにしたときに、前記吸着もしくは吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒（３３）を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質して水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を製造し、この還元性気体を、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側から、当該排気通路内に供給する燃料改質器（５０）と、前記排気空燃比をリッチ化するリッチ化手段（４０）と、を備え、当該リッチ化手段は、前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に供給しながら前記排気空燃比をリッチ化する第１リッチ化制御手段（４０）と、前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に供給せずに前記排気空燃比をリッチ化する第２リッチ化制御手段（４０）と、を有し、所定の条件に応じて、前記排気空燃比を前記第１リッチ化制御手段によりリッチ化するか、前記第２リッチ化制御手段によりリッチ化するかを選択すること特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率（ＣＥ）を推定する浄化率推定手段（４０）をさらに備え、前記リッチ化手段は、前記浄化率推定手段により推定されたＮＯｘ浄化率（ＣＥ）が所定の浄化率判定値（ＣＥＡＴＨ）より小さい場合には、前記第１リッチ化制御手段により前記排気空燃比をリッチ化することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路を流通する排気の流量を排気流量として、当該排気流量を推定又は検出する排気流量推定手段（４０，２１）をさらに備え、前記リッチ化手段は、前記排気流量推定手段により推定又は検出された排気流量（ＧＥ）が所定の流量判定値（ＧＥＴＨ）以上である場合には、前記第１リッチ化制御手段により前記排気空燃比をリッチ化することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を触媒温度として、当該触媒温度を推定又は検出する触媒温度推定手段（４０，２２）と、前記触媒温度推定手段により推定又は検出された触媒温度（ＴＬＮＣ）に基づいて、前記所定の流量判定値を決定する流量判定値決定手段（４０）と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路を流通する排気の流量を排気流量として、当該排気流量を推定又は検出する排気流量推定手段（４０，２１）と、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を触媒温度として、当該触媒温度を推定又は検出する触媒温度推定手段（４０，２２）と、前記排気流量推定手段により推定又は検出された排気流量（ＧＥ）、あるいは、前記触媒温度推定手段により推定又は検出された触媒温度（ＴＬＮＣ）に基づいて、前記第１リッチ化制御手段及び前記第２リッチ化制御手段により前記排気空燃比をリッチ化する際における排気空燃比の目標値（ＨＡＦＴＶ，ＮＡＦＴＶ）を決定する排気空燃比目標値決定手段（４０）と、をさらに備え、前記第１リッチ化制御手段及び前記第２リッチ化制御手段は、それぞれ、前記排気空燃比が前記排気空燃比目標値決定手段により決定された目標値に一致するようにリッチ化することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第１リッチ化制御手段は、前記燃料改質器から供給される還元性気体の供給量（ＧＲＧ）を調整することで、前記排気空燃比（ＡＦ）が前記排気空燃比目標値決定手段により決定された目標値（ＨＡＦＴＶ）に一致するようにリッチ化することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、排気空燃比をリッチ化する際には、水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を排気通路内に供給しながら排気空燃比をリッチ化するか、この還元性気体を供給せずに排気空燃比をリッチ化するかを、所定の条件に応じて選択する。これにより、例えば、ＮＯｘ浄化触媒における還元反応が生じにくい状態であっても、炭化水素と比較して反応速度の速い水素を含有する還元性気体を供給しながら排気空燃比をリッチにすることで、ＮＯｘ浄化触媒における還元反応を促進してＮＯｘが還元されずに流出するのを防止できる。
また、還元性気体を排気通路内に供給することで、エンジン空燃比をリーンにし内燃機関における燃焼を最適な状態に保ちつつ、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の排気空燃比をリッチすることができる。したがって、内燃機関の運転状態によらずＮＯｘ浄化性能を向上することができる。またここで、エンジン空燃比はリーンに保つことができるので、ポスト噴射などにより燃料を供給して排気空燃比を変化させた場合のようにオイルダイリューションが発生したり、内燃機関の燃焼が不安定になったりすることもない。
また、還元性気体を製造する燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、内燃機関の運転状態や、排気の酸素濃度及び水蒸気濃度などによらず、常に最適な効率で還元性気体を製造できるとともに、この還元性気体を排気通路内に供給することができる。また、燃料改質器を排気通路とは別に設けることで、内燃機関の運転状態など必要に応じて還元性気体を供給することが可能となる。
一方、燃料改質器を排気通路内に設けた場合には、排気の成分、温度、流速に影響することなく運転できるように、燃料改質器を大型にする必要があるが、請求項１の発明によれば、燃料改質器を排気通路とは別に設けることで、装置を大型にすることなく安定した運転を行うことができる。また、燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、内燃機関の制御とは別系統の制御を行うことで、燃料改質器が備える触媒を早期に活性化することも可能となる。
また、水素を含む還元性気体を供給することにより、ＮＯｘ浄化触媒における還元反応速度を向上させることができる。これにより、排気空燃比をリッチにしたときに、ＮＯｘ浄化触媒に吸着又は吸蔵されたＮＯｘが還元されずに脱離するのを防止することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率を推定し、この推定されたＮＯｘ浄化率が所定の浄化率判定値より小さい場合には、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒に吸着又は吸蔵したＮＯｘの量が増大し、リッチ化したときに還元されずに流出するＮＯｘの量を低減することが可能となる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、排気流量を推定し、この排気流量が所定の流量判定値以上である場合には、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する。すなわち、排気流量が大きい場合にはＮＯｘ浄化触媒に吸蔵又は吸着されたＮＯｘが脱離しやすくなるが、このような場合であっても還元性気体を供給してＮＯｘ浄化触媒における還元反応を促進することで、ＮＯｘが還元されずに下流側に流出するのを防止できる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、ＮＯｘ浄化触媒の温度を推定し、この温度に応じて上述の流量判定値を決定する。ところで、ＮＯｘ浄化触媒における還元反応は、ＮＯｘ浄化触媒の温度が低くなるに従い発生しにくくなるため、ＮＯｘが還元されずに流出しやすくなる。請求項４の発明によれば、ＮＯｘ浄化触媒の温度を考慮して流量判定値を決定することで、より効率的にＮＯｘ浄化性能を向上することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、推定又は検出した排気流量、あるいは、推定又は検出したＮＯｘ浄化触媒の温度に基づいて排気空燃比の目標値を決定し、排気空燃比がこの排気空燃比目標値に一致するようにリッチ化する。このように、排気流量やＮＯｘ浄化触媒の温度に応じてリッチ化する際の排気空燃比を調整することで、このＮＯｘ浄化触媒からＮＯｘが還元されずに流出するのを効率的に防止できる。
請求項６に記載の発明によれば、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する場合には、排気空燃比が排気空燃比目標値決定手段により決定された目標値に一致するように、還元性気体の供給量が調整される。これにより、常に最適な排気空燃比の排気をＮＯｘ浄化触媒に流入させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、各気筒７の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒７には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）４０により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ＥＣＵ４０により制御される。
【００２１】
エンジン１には、吸気が流通する吸気管２と、排気が流通する排気管４と、排気管４内の排気の一部を吸気管２に還流する排気還流通路６と、吸気管２に吸気を圧送する過給機８とが設けられている。
【００２２】
吸気管２は、吸気マニホールド３の複数の分岐部を介してエンジン１の各気筒７の吸気ポートに接続されている。排気管４は、排気マニホールド５の複数の分岐部を介してエンジン１の各気筒７の排気ポートに接続されている。排気還流通路６は、排気マニホールド５から分岐し吸気マニホールド３に至る。
【００２３】
過給機８は、排気管４に設けられた図示しないタービンと、吸気管２に設けられた図示しないコンプレッサと、を備える。タービンは、排気管４を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサは、タービンにより回転駆動され、吸気を加圧し吸気管２内へ圧送する。また、タービンは、図示しない複数の可変ベーンを備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数（回転速度）を変更できるように構成されている。タービンのベーン開度は、ＥＣＵ４０により電磁的に制御される。
【００２４】
吸気管２のうち過給機８の上流側には、エンジン１の吸入空気量ＧＡを制御するスロットル弁９が設けられている。このスロットル弁９は、アクチュエータを介してＥＣＵ４０に接続されており、その開度はＥＣＵ４０により電磁的に制御される。また、吸気管２のうち過給機８の下流側には、過給機８により加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ１１が設けられている。
【００２５】
排気還流通路６は、排気マニホールド５と吸気マニホールド３とを接続し、エンジン１から排出された排気の一部を還流する。排気還流通路６には、還流される排気を冷却するＥＧＲクーラ１２と、還流する排気の流量を制御するＥＧＲ弁１３と、が設けられている。ＥＧＲ弁１３は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ４０に接続されており、その弁開度はＥＣＵ４０により電磁的に制御される。
【００２６】
排気管４のうち過給機８の下流側には、排気を浄化するＮＯｘ浄化触媒３３が設けられている。
ＮＯｘ浄化触媒３３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、セリア（ＣｅＯ２）、及びセリウムと希土類の複合酸化物（以下、「セリア系複合酸化物」という）の担体に担持された、触媒として作用する白金（Ｐｔ）と、ＮＯｘ吸着能力を有するセリアもしくはセリア系複合酸化物と、触媒に生成されたアンモニア（ＮＨ３）を、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）として保持する機能を有するゼオライトとを備える。
【００２７】
本実施形態では、ＮＯｘ浄化触媒３３として、触媒担体に２つの層からなるＮＯｘ還元触媒を担持させることによって形成されたものを用いる。
ＮＯｘ還元触媒の下層は、白金を４．５（ｇ／Ｌ）と、セリアを６０（ｇ／Ｌ）と、アルミナを３０（ｇ／Ｌ）と、Ｃｅ−Ｐｒ−Ｌａ−Ｏｘを６０（ｇ／Ｌ）と、Ｚｒ−Ｏｘを２０（ｇ／Ｌ）と、で構成される材料を水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌、混合することでスラリーを製造し、このスラリーを触媒担体にコーティングして形成される。
また、ＮＯｘ還元触媒の上層は、β型のゼオライトに鉄（Ｆｅ）及びセリウム（Ｃｅ）をイオン交換したものを７５（ｇ／Ｌ）と、アルミナを７（ｇ／Ｌ）と、バインダーを８（ｇ／Ｌ）と、で構成される材料を、水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌、混合することでスラリーを製造し、このスラリーを上述の下層にコーティングして形成される。
【００２８】
ＮＯｘ浄化触媒３３の吸着アンモニア量が少なくなると、ＮＯｘの浄化能力が低下するので、適宜ＮＯｘを還元するために、ＮＯｘ浄化触媒３３への還元剤の供給（以下「還元化」という）が行われる。この還元化では、例えば、燃料噴射弁から噴射される燃料量の増量とスロットル弁９による吸入空気量ＧＡの減量とによってエンジン１の燃焼室内の混合気の空燃比（エンジン空燃比）を化学量論比よりリッチ側にすることにより、還元剤をＮＯｘ浄化触媒３３に供給する。すなわち、エンジン１から排出される排気の空燃比（排気空燃比）をリッチ化することにより、ＮＯｘ浄化触媒３３へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より高くなり、還元化が実行される。
【００２９】
このＮＯｘ浄化触媒３３におけるＮＯｘの浄化について説明する。
先ず、エンジン空燃比を化学量論比よりリーン側に設定し、いわゆるリーンバーン運転を行うと、ＮＯｘ浄化触媒３３へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より低くなる。その結果、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）と酸素（Ｏ２）とが触媒の作用で反応し、ＮＯ２としてセリアもしくはセリア系複合酸化物に吸着される。また、酸素と反応していない一酸化炭素（ＣＯ）も、セリアもしくはセリア系複合酸化物に吸着される。
【００３０】
次に、エンジン空燃比を化学量論比よりリッチ側に設定するいわゆるリッチ運転を行い、排気空燃比をリッチ化する。すなわち、排気中の還元剤濃度を酸素濃度より高くする還元化を実行すると、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）が水（Ｈ２Ｏ）と反応して、二酸化炭素（ＣＯ２）と水素（Ｈ２）が生成され、また排気中の炭化水素（ＨＣ）が水と反応して、一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）とともに、水素が生成される。またさらに、排気中に含まれるＮＯｘ、及びセリアもしくはセリア系複合酸化物（及び白金）に吸着されているＮＯｘ（ＮＯ，ＮＯ２）と、生成された水素とが触媒の作用で反応し、アンモニア（ＮＨ３）及び水が生成される。また、ここで生成されたアンモニアは、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）の形でゼオライトに吸着される。
【００３１】
次に、エンジン空燃比を化学量論比よりリーン側に設定するリーンバーン運転を行い、ＮＯｘ浄化触媒３３へ流入する排気中の還元剤濃度を、酸素濃度より低い側に設定すると、セリアもしくはセリア系複合酸化物にＮＯｘが吸着される。さらにゼオライトにアンモニウムイオンが吸着した状態では、排気中のＮＯｘ及び酸素と、アンモニアとが反応して、窒素（Ｎ２）と水が生成される。
【００３２】
このように、ＮＯｘ浄化触媒３３によれば、還元剤供給中に生成されるアンモニアがゼオライトに吸着され、リーンバーン運転中に吸着したアンモニアがＮＯｘと反応するので、ＮＯｘの浄化を効率よく行うことができる。
【００３３】
また、排気管４のうちＮＯｘ浄化触媒３３の上流側には、燃料ガスを改質して、水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を含む改質ガスを製造する燃料改質器５０が接続されている。この燃料改質器５０は、製造した改質ガスを還元ガスとして、排気管４のうちＮＯｘ浄化触媒３３の上流側に形成された導入口１４から、排気管４内に供給する。
【００３４】
燃料改質器５０は、排気管４にその一端側が接続されたガス通路５１と、このガス通路５１の他端側から燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置５２と、ガス通路５１に設けられた改質触媒としての改質触媒５３と、を含んで構成される。
【００３５】
燃料ガス供給装置５２は、燃料タンクに貯留された燃料と、コンプレッサにより供給された空気とを所定の割合で混合して燃料ガスを製造し、この燃料ガスをガス通路５１に供給する。この燃料ガス供給装置５２は、ＥＣＵ４０に接続されており、燃料ガスの供給量及びその混合比は、ＥＣＵ４０により制御される。また、この燃料ガスの供給量を制御することで、排気管４に供給される還元ガスの供給量ＧＲＧ（単位時間当りに排気管４内に供給される還元ガスの量）を制御することが可能となっている。
【００３６】
改質触媒５３は、ロジウム及びセリアを含む。この改質触媒５３は、燃料ガス供給装置５２から供給された燃料ガスを改質し、水素、一酸化炭素、及び炭化水素を含む改質ガスを製造する触媒である。より具体的には、この改質触媒５３は、燃料ガスを構成する炭化水素燃料と空気との部分酸化反応により、大気圧よりも高い圧力であり、かつ、体積比で水素よりも一酸化炭素を多く含む改質ガスを製造する。また、上述のように部分酸化反応は発熱反応である。これにより、燃料改質器５０は、排気管４のうち導入口１４付近における排気よりも高い温度の還元性気体を、排気管４内に供給することが可能となる。
【００３７】
また、この改質触媒５３には、グロープラグやスパークプラグなどを含んで構成された図示しない加熱ヒータが接続されており、燃料改質器５０の始動とともに、改質触媒５３を加熱することが可能となっている。また、この燃料改質器５０は、排気管４とは別に設けられている。すなわち、燃料改質器５０の燃料ガス供給装置５２及び改質触媒５３は、排気管４内には設けられていない。
【００３８】
ＥＣＵ４０には、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ（図示せず）、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量ＡＰを検出するアクセルセンサ（図示せず）、エンジン１の吸入空気量ＧＡ（単位時間当りにエンジン１に新規に吸入される空気量）を検出するエアフローメータ２１、ＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気の温度ＴＥを検出する排気温度センサ２２、及びＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気の酸素濃度、すなわち排気空燃比ＡＦを検出するＵＥＧＯセンサ２３、排気管４のうちＮＯｘ浄化触媒３３の上流側及び下流側の排気のＮＯｘ濃度ＤＮＵ，ＤＮＤを検出する上流ＮＯｘセンサ２７及び下流ＮＯｘセンサ２８が接続されており、これらセンサの検出信号は、ＥＣＵ４０に供給される。
ここで、エンジン１の回転数ＮＥは、クランク角度位置センサの出力に基づいて、ＥＣＵ４０により算出される。また、エンジン１の発生トルクＴＲＱは、図示しないアクセルペダルの踏み込み量ＡＰに応じて決定される燃料噴射弁の燃料噴射量に基づいて、ＥＣＵ４０により算出される。
【００３９】
ＥＣＵ４０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ４０は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、燃料改質器５０、スロットル弁９、ＥＧＲ弁１３、過給機８、及びエンジン１の燃料噴射弁などに制御信号を出力する出力回路とを備える。
【００４０】
エンジン１は、通常はエンジン空燃比が化学量論比よりもリーン側に設定して運転され、エンジン空燃比を化学量論比よりもリッチ側に設定するリッチ化制御が周期的に行われる。
【００４１】
図２は、ＥＣＵによるリッチ化制御の手順を示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態のリッチ化制御は、燃料改質器により製造された還元ガスを排気管に供給することで排気空燃比をリッチ化するＨ２リッチ化制御と、還元ガスを供給せずにエンジン空燃比をリッチ化することで排気空燃比をリッチ化する通常リッチ化制御とを所定の条件に応じて選択的に実行可能となっている。
【００４２】
ステップＳ１では、ＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘの浄化率ＣＥを推定し、このＮＯｘ浄化率ＣＥが所定の第１浄化率判定値ＣＥＡＴＨより小さいか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ６に移り、ＮＯの場合にはステップＳ２に移る。ここで、ＮＯｘ浄化率ＣＥは、上流ＮＯｘセンサ及び下流ＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘ浄化触媒の上流側及び下流側の排気のＮＯｘ濃度ＤＮＵ，ＤＮＤに基づいて算出する。
ステップＳ２では、ＮＯｘ浄化率ＣＥが所定の第２浄化率判定値ＣＥＢＴＨより小さいか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ３に移り、ＮＯの場合には終了する。ここで、第２浄化率判定値ＣＥＢＴＨは第１浄化率判定値ＣＥＡＴＨよりも大きな値に設定される。
【００４３】
ステップＳ３では、エンジンの運転状態に基づいて、排気空燃比のリッチ化が可能であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ４に移り、ＮＯの場合にはリッチ化制御を終了する。
図３は、リッチ化可能なエンジンの運転状態を示す図である。エンジンの運転状態は、横軸の回転数と縦軸の燃料噴射量によって示される。図３に示すように、リッチ化が可能な運転状態は限定されている。ステップＳ３では、このような制御マップにより、エンジンの運転状態がリッチ化可能な状態であるか否かを判別する。
【００４４】
図２に戻って、ステップＳ４では、排気温度センサにより検出された排気温度ＴＥに基づいてＮＯｘ浄化触媒の温度ＴＬＮＣを推定し、さらにこの触媒温度ＴＬＮＣに基づいて流量判定値ＧＥＴＨを決定し、ステップＳ５に移る。
ステップＳ５では、エアフローメータにより検出された吸入空気量ＧＡに基づいて排気管を流通する排気の流量ＧＥを推定し、この排気流量ＧＥが流量判定値ＧＥＴＨ以上であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ６に移りＨ２リッチ化制御を実行し、ＮＯの場合にはステップＳ８に移り通常リッチ化制御を実行する。
【００４５】
図４は、触媒温度ＴＬＮＣと流量判定値ＧＥＴＨとの関係を示す図である。図４において、横軸は触媒温度ＴＬＮＣを示し、縦軸は排気流量ＧＥを示す。
流量判定値ＧＥＴＨは、排気流量ＧＥに応じて、Ｈ２リッチ化制御を実行するか通常リッチ化制御を実行するかを判定するものであり、ＧＥ≧ＧＥＴＨの場合にはＨ２リッチ化制御を実行し、ＧＥ＜ＧＥＴＨの場合には通常リッチ化制御を実行する。また、この流量判定値ＧＥＴＨは、触媒温度ＴＬＮＣに略比例して大きくなる。
【００４６】
図２に戻って、ステップＳ６では、排気流量ＧＥに基づいてＨ２リッチ化制御時における排気空燃比の目標値ＨＡＦＴＶを決定し、ステップＳ７に移る。
ステップＳ７では、排気空燃比目標値ＨＡＦＴＶに応じてＨ２リッチ化制御を実行する。より具体的には、燃料改質器により還元ガスを排気管内に供給するとともに、還元ガスの供給量ＧＲＧを調整することで、ＵＥＧＯセンサにより検出された排気空燃比ＡＦが排気空燃比目標値ＨＡＦＴＶに一致するように、排気空燃比をリッチ化する。
【００４７】
ステップＳ８では、排気流量ＧＥに基づいて通常リッチ化制御時における排気空燃比の目標値ＮＡＦＴＶを決定し、ステップＳ９に移る。またここで、通常リッチ化制御時の排気空燃比目標値ＮＡＦＴＶは、Ｈ２リッチ化制御時の排気空燃比目標値ＨＡＦＴＶと異なる値に設定される。
ステップＳ９では、排気空燃比目標値ＮＡＦＴＶに応じて通常リッチ化制御を実行する。より具体的には、エンジン空燃比をリッチにすることで、ＵＥＧＯセンサにより検出された排気空燃比ＡＦが排気空燃比目標値ＨＡＦＴＶに一致するように、排気空燃比をリッチ化する。
【００４８】
以上詳述したように、本実施形態によれば、排気空燃比をリッチ化する際には、水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を排気管４内に供給しながら排気空燃比をリッチ化するか、この還元性気体を供給せずに排気空燃比をリッチ化するかを、所定の条件に応じて選択する。これにより、例えば、ＮＯｘ浄化触媒３３における還元反応が生じにくい状態であっても、炭化水素と比較して反応速度の速い水素を含有する還元性気体を供給しながら排気空燃比をリッチにすることで、ＮＯｘ浄化触媒３３における還元反応を促進してＮＯｘが還元されずに流出するのを防止できる。
また、還元性気体を排気管４内に供給することで、エンジン空燃比をリーンにし内燃機関における燃焼を最適な状態に保ちつつ、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の排気空燃比をリッチすることができる。したがって、内燃機関の運転状態によらずＮＯｘ浄化性能を向上することができる。またここで、エンジン空燃比はリーンに保つことができるので、ポスト噴射などにより燃料を供給して排気空燃比を変化させた場合のようにオイルダイリューションが発生したり、内燃機関の燃焼が不安定になったりすることもない。
また、還元性気体を製造する燃料改質器５０を排気管４とは別に設けることにより、エンジン１の運転状態や、排気の酸素濃度及び水蒸気濃度などによらず、常に最適な効率で還元性気体を製造できるとともに、この還元性気体を排気管４内に供給することができる。また、燃料改質器５０を排気管４とは別に設けることで、エンジン１の運転状態など必要に応じて還元性気体を供給することが可能となる。
一方、燃料改質器５０を排気管４内に設けた場合には、排気の成分、温度、流速に影響することなく運転できるように、燃料改質器５０を大型にする必要があるが、本実施形態によれば、燃料改質器５０を排気管４とは別に設けることで、装置を大型にすることなく安定した運転を行うことができる。また、燃料改質器５０を排気管４とは別に設けることにより、エンジン１の制御とは別系統の制御を行うことで、燃料改質器５０が備える改質触媒５３を早期に活性化することも可能となる。
また、水素を含む還元性気体を供給することにより、ＮＯｘ浄化触媒３３における還元反応速度を向上させることができる。これにより、排気空燃比をリッチにしたときに、ＮＯｘ浄化触媒に吸着又は吸蔵されたＮＯｘが還元されずに脱離するのを防止することができる。
【００４９】
また本実施形態によれば、ＮＯｘ浄化触媒３３のＮＯｘ浄化率ＣＥを推定し、このＮＯｘ浄化率ＣＥが第１浄化率判定値ＣＥＡＴＨより小さい場合には、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒３３に吸着又は吸蔵したＮＯｘの量が増大し、リッチ化したときに還元されずに流出するＮＯｘの量を低減することが可能となる。
また本実施形態によれば、排気流量ＧＥを推定し、この排気流量ＧＥが流量判定値ＧＥＴＨ以上である場合には、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する。すなわち、排気流量が大きい場合にはＮＯｘ浄化触媒３３に吸蔵又は吸着されたＮＯｘが脱離しやすくなるが、このような場合であっても還元性気体を供給してＮＯｘ浄化触媒３３における還元反応を促進することで、ＮＯｘが還元されずに下流側に流出するのを防止できる。
【００５０】
また本実施形態によれば、ＮＯｘ浄化触媒３３の温度ＴＬＮＣを推定し、この温度ＴＬＮＣに応じて上述の流量判定値ＧＥＴＨを決定する。ところで、ＮＯｘ浄化触媒３３における還元反応は、ＮＯｘ浄化触媒３３の温度が低くなるに従い発生しにくくなるため、ＮＯｘが還元されずに流出しやすくなる。本実施形態によれば、ＮＯｘ浄化触媒３３の温度ＴＬＮＣを考慮して流量判定値ＧＥＴＨを決定することで、より効率的にＮＯｘ浄化性能を向上することができる。
また本実施形態によれば、推定した排気流量ＧＥに基づいて排気空燃比の目標値ＨＡＦＴＶ，ＮＡＦＴＶを決定し、排気空燃比ＡＦがこの排気空燃比目標値ＨＡＦＴＶ，ＮＡＦＴＶに一致するようにリッチ化する。このように、排気流量に応じてリッチ化する際の排気空燃比を調整することで、このＮＯｘ浄化触媒３３からＮＯｘが還元されずに流出するのを効率的に防止できる。
また本実施形態によれば、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する場合には、排気空燃比ＡＦが決定された目標値ＨＡＦＴＶ，ＮＡＦＴＶに一致するように、還元性気体の供給量ＧＲＧが調整される。これにより、常に最適な排気空燃比の排気をＮＯｘ浄化触媒３３に流入させることができる。
【００５１】
本実施形態では、ＥＣＵ４０がリッチ化手段、第１リッチ化制御手段、第２リッチ化制御手段、浄化率推定手段の一部、排気流量推定手段の一部、触媒温度推定手段の一部、流量判定値決定手段、及び排気空燃比目標値決定手段を構成する。具体的には、図２のステップＳ１〜Ｓ９に係る手段がリッチ化手段に相当し、ステップＳ７に係る手段が第１リッチ化制御手段に相当し、ステップＳ９に係る手段が第２リッチ化制御手段に相当し、ステップＳ１に係る手段、上流ＮＯｘセンサ２７、及び下流ＮＯｘセンサ２８が浄化率推定手段に相当し、ステップＳ５に係る手段及びエアフローメータ２１が排気流量推定手段に相当し、ステップＳ４に係る手段及び排気温度センサ２２が触媒温度推定手段に相当し、ステップＳ４に係る手段が流量判定値決定手段に相当し、ステップＳ６，Ｓ８に係る手段が排気空燃比目標値決定手段に相当する。
【００５２】
次に、上記実施形態のように、還元ガスを排気管に供給することによる効果を検証するＮＯｘ浄化評価試験について図５及び図６を参照して説明する。
【００５３】
［ＮＯｘ浄化性能評価試験方法］
図５は、ＮＯｘ浄化性能評価試験の試験装置８０の構成を示す概略図である。
試験装置８０は、モデルガスを所定の組成で供給する供給装置８１と、吸着剤８４がその内部に設けられた加熱器８３と、モデルガスを分析するガス分析計８５及びデータ取り込み用計算機８６と、を含んで構成される。
【００５４】
供給装置８１は、Ｎ２、ＣＯ２、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ、及びＨ２で構成されるモデルガスを、加熱器８３に供給する。この供給装置８１は、モデルガスの各成分の流量を調整することが可能となっている。
加熱器８３は、その内部に、反応器８２と吸着剤８４とを備え、これら反応器８２及び吸着剤８４を加熱する。反応器８２は、供給装置８１から供給されたモデルガスを混合し吸着剤８４に供給する。
【００５５】
吸着剤８４は、三元触媒とＮＯｘ浄化触媒とで構成されるものを用いる。
三元触媒には、より具体的には、後述の組成の材料を水系媒体とともにボールミルで攪拌・混合することでスラリーを製造し、このスラリーをＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金製担体にコーティングし、６００℃で２時間に亘り乾燥・焼成した調製されたものを用いる。三元触媒の組成は、Ｐｔ＝２．４、Ｒｈ＝１．２、Ｐｄ＝６．０、ＣｅＯ２＝５０、Ａｌ２Ｏ３＝１５０、バインダー＝１０、となっている。
ＮＯｘ浄化触媒には、上述の実施形態に記載されたＮＯｘ浄化触媒３３（上述の図１参照）と同じものを用いたので、その説明を省略する。
【００５６】
ガス分析計８５は、加熱器８３内において、反応器８２から吸着剤８４に供給され、この吸着剤８４を通過したモデルガスのＮＯｘ濃度を測定する。データ取り込み用計算機８６は、このＮＯｘ濃度に関するデータを処理し、各温度に対するＮＯｘ浄化率を算出する。ＮＯｘ浄化率は、次式に基づいて算出する。
ＮＯｘ浄化率［％］＝（Ｃｉｎ−Ｃｏｕｔ）／Ｃｉｎ×１００
ここで、Ｃｉｎは、吸着剤８４の流入口におけるモデルガスのＮＯｘ濃度であり、Ｃｏｕｔは、吸着剤８４の流出口におけるモデルガスのＮＯｘ濃度である。また、モデルガスのＮＯｘ濃度は、ケミカル・ルミネッセン法により測定した。
【００５７】
本評価試験では、以上のように構成された試験装置８０において、モデルガスを供給しながら、このモデルガスを５０℃から４５０℃まで２０℃／分で加熱しつつ、吸着剤８４を通過したモデルガスのＮＯｘ浄化率を測定した。
また、モデルガスは、リーン雰囲気の組成のモデルガスと、リッチ雰囲気の組成のモデルガスと、をそれぞれ５５秒及び５秒に亘って交互に供給した。
【００５８】
［実施例］
実施例のモデルガスには、上記実施形態に係る燃料改質器により製造された還元ガス（一酸化炭素、水素、及び炭化水素を含む）を排気に添加したものを模したものとして、下記の組成を有するモデルガスを用いた。
リーン雰囲気
ＮＯ                  ：９０ｐｐｍ
ＣＯ                  ：６０００ｐｐｍ
ＨＣ（プロピレン）    ：５００ｐｐｍＣ（Ｃ３Ｈ６）
Ｏ２                  ：６％
ＣＯ２                ：６％
Ｈ２Ｏ                ：７％
Ｎ２                  ：バランスガス
Ｈ２                  ：５０００ｐｐｍ
ＳＶ＝５００００ｈ−１
リッチ雰囲気
ＮＯ                  ：９０ｐｐｍ
ＣＯ                  ：２．１％
ＨＣ（プロピレン）    ：５００ｐｐｍＣ（Ｃ３Ｈ６）
Ｏ２                  ：０％
ＣＯ２                ：６％
Ｈ２Ｏ                ：７％
Ｎ２                  ：バランスガス
Ｈ２                  ：６０００ｐｐｍ
ＳＶ＝５００００ｈ−１
【００５９】
［比較例］
比較例のモデルガスには、上述の還元ガスが添加されていない排気を模したものとして、下記の組成を有するモデルガスを用いた。
リーン雰囲気
ＮＯ                  ：９０ｐｐｍ
ＣＯ                  ：１０００ｐｐｍ
ＨＣ（プロピレン）    ：５００ｐｐｍＣ（Ｃ３Ｈ６）
Ｏ２                  ：６％
ＣＯ２                ：６％
Ｈ２Ｏ                ：７％
Ｎ２                  ：バランスガス
Ｈ２                  ：０ｐｐｍ
ＳＶ＝５００００ｈ−１
リッチ雰囲気
ＮＯ                  ：９０ｐｐｍ
ＣＯ                  ：２％
ＨＣ（プロピレン）    ：５００ｐｐｍＣ（Ｃ３Ｈ６）
Ｏ２                  ：０％
ＣＯ２                ：６％
Ｈ２Ｏ                ：７％
Ｈ２                  ：０ｐｐｍ
Ｎ２                  ：バランスガス
Ｈ２                  ：０ｐｐｍ
ＳＶ＝５００００ｈ−１
【００６０】
［試験結果］
図６は、実施例及び比較例の試験結果を示す図である。図６において、横軸はモデルガスの温度を示し、縦軸はＮＯｘ浄化率を示す。また、黒丸は実施例におけるガス温度とＮＯｘ浄化率との関係を示し、白丸は比較例におけるガス温度とＮＯｘ浄化率との関係を示す。
実施例のＮＯｘ浄化率と比較例のＮＯｘ浄化率とを比較すると、実施例のＮＯｘ浄化率は全温度域に亘りほぼ一定であるのに対し、比較例は低温域におけるＮＯｘ浄化率が特に小さくなっている。したがって、実施例のように一酸化炭素及び水素を含む還元ガスを添加することにより、特に低温域におけるＮＯｘ浄化性能を向上できることが検証された。
【００６１】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
上記実施形態では、ＮＯｘ浄化触媒３３の温度ＴＬＮＣを、排気温度センサ２２により検出された排気温度ＴＥに基づいて推定したが、これに限らず、直接検出してもよい。また、上記実施形態では、排気管４を流通する排気の流量ＧＥを、エアフローメータ２１により検出された吸入空気量ＧＡに基づいて推定したが、これに限らず、直接検出してもよい。
【００６２】
上記実施形態では、ステップＳ６，Ｓ８において、排気流量ＧＥに基づいて排気空燃比の目標値ＨＡＦＴＶ，ＮＡＦＴＶを決定したが、これに限らない。例えば、ＮＯｘ浄化触媒の温度に基づいてこれら目標値を決定してもよい。このような場合であっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６３】
また、上記実施形態では、本発明をディーゼル内燃機関に適用した例を示したが、本発明はガソリン内燃機関にも適用可能である。また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進用エンジンなどの排気浄化装置にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。
【図２】前記実施形態に係るＥＣＵによるリッチ化制御の手順を示すフローチャートである。
【図３】前記実施形態に係るリッチ化可能なエンジンの運転状態を示す図である。
【図４】前記実施形態に係る触媒温度と流量判定値との関係を示す図である。
【図５】ＮＯｘ浄化性能評価試験の試験装置の構成を示す概略図である。
【図６】実施例及び比較例の試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１…エンジン（内燃機関）
４…排気管（排気通路）
５…排気マニホールド（排気通路）
１４…導入口
２１…エアフローメータ（排気流量推定手段）
２２…排気温度センサ（触媒温度推定手段）
２７…上流ＮＯｘセンサ（浄化率推定手段）
２８…下流ＮＯｘセンサ（浄化率推定手段）
３３…ＮＯｘ浄化触媒
４０…電子制御ユニット（リッチ化手段、第１リッチ化制御手段、第２リッチ化制御手段、浄化率推定手段、排気流量推定手段、触媒温度推定手段、流量判定値決定手段、排気空燃比目標値決定手段）
５０…燃料改質器（燃料改質器）
【図１】
0005155670.tif 000002
【図２】
0005155670.tif 000003
【図３】
0005155670.tif 000004
【図４】
0005155670.tif 000005
【図５】
0005155670.tif 000006
【図６】
0005155670.tif 000007